(57)【要約】【課題】パターンの変化に対応して所望のパターンの相対位置を適切に検出することができる位置検出方法を提供する。【解決手段】実際に撮像した画像から設計情報に基づいて相対位置検出対象の一方のパターンの画像を抽出しこれをテンプレートとする。次に、他方のパターンが存在する領域を被計測領域として設定し、その領域を走査して並進対称性を検出することにより他方のパターンを検出する。そして、テンプレート画像として設定した一方のパターンと、検出した他方のパターンとの相対距離を計測し出力する。相対距離測定対象の２つのパターンの一方をテンプレートとして、撮像条件の影響が等しく作用しているパターン同士をマッチングしているので、両パターンを適切に検出することができる。また、テンプレートがずれた場合は計測パターンも同様にずれて検出され、相対距離が適切に検出できる。【選択図】  図８
2005019865.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体上を撮像して物体上の任意のパターンを検出する検出方法であって、
前記物体上の被計測領域を撮像して得られた信号の中から、該物体上の前記被計測領域内に存在する特定領域に対応するテンプレート信号を決定する第１工程と、
前記物体上の被計測領域を撮像して、当該被計測領域に対応する被計測信号を生成する第２工程と、
前記生成した被計測信号と前記決定したテンプレート信号との相関を検出し、前記テンプレート信号との間で所定値以上の相関値を示す前記物体上の相関領域を、前記被計測領域の中から特定する第３工程と、
前記特定領域と、前記第３工程で特定された前記相関領域との間の相対的な位置関係を検出する第４工程と
を含むことを特徴とする位置検出方法。
【請求項２】
前記第１工程は、互いに異なる複数の領域をそれぞれ前記特定領域として決定する工程と、前記決定された複数の前記特定領域にそれぞれ対応する複数の前記テンプレート信号を決定する工程とを含み、
前記第３工程では、前記被計測信号と前記複数のテンプレート信号との相関検出を行い、前記複数のテンプレート信号のそれぞれについて、当該テンプレート信号との間で所定値以上の相関値を示す前記物体上の相関領域を、前記被計測領域の中からそれぞれ特定し、
前記第４工程では、前記第１工程で決定された前記各特定領域と、前記第３工程で特定された前記各相関領域との間のそれぞれの相対的な計測位置関係を求め、その各計測位置関係に基づいて、代表的な前記特定領域と代表的な前記相関領域との間の相対的な位置関係を決定する
ことを特徴とする請求項１に記載の位置検出方法。
【請求項３】
前記第４工程は、
前記複数の相対的な計測位置関係を所定の統計的手法を用いて解析し、その解析結果に基づいて前記代表的な特定領域と前記代表的な相関領域との間の相対的な位置関係の決定の際に使用する前記相対的な計測位置関係を特定する工程と、
前記特定された前記相対的な計測位置関係に基づいて、前記代表的な特定領域と前記代表的な相関領域との間の相対的な位置関係を検出する工程と
を含むことを特徴とする請求項２に記載の位置検出方法。
【請求項４】
前記第３工程における相関検出は、並進対称性又は回転対称性を検出する
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の位置検出方法。
【請求項５】
前記第１工程では、前記物体上に形成されたパターンに対応した設計値情報に基づいて、前記特定領域を決定する
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の位置検出方法。
【請求項６】
物体上を撮像光学系を介して撮像して、該物体上の任意のパターンを検出する際に使用するテンプレートを作成する方法であって、
前記物体上を前記撮像光学系を介して撮像し、前記撮像光学系の撮像視野で規定された領域内の画像に対応する信号を得る第１工程と、
前記第１工程で得られた信号の中の前記撮像視野内の互いに異なる複数の特定領域にそれぞれ対応する複数の信号を、それぞれ独立したテンプレートとして設定する第２工程と
を含むことを特徴とするテンプレート作成方法。
【請求項７】
前記第２工程では、前記物体上に形成されたパターンに対応した設計値情報に基づいて、前記複数の特定領域を決定する
ことを特徴とする請求項６に記載のテンプレート作成方法。
【請求項８】
前記第２工程では、前記第１工程で得られた信号の解析結果に基づいて、前記複数の特定領域を決定する
ことを特徴とする請求項６に記載のテンプレート作成方法。
【請求項９】
請求項６〜８のいずれかに記載のテンプレート作成方法を用いて作成されたテンプレートを用いて、前記物体上を撮像して得られた信号に対してテンプレートマッチング処理を行うことを特徴とするパターン検出方法。
【請求項１０】
請求項９に記載のパターン検出方法を用いて、前記物体上に形成されたアライメントマークに付随して形成された識別マークを検出し、
前記識別マークの検出結果に基づいて特定されたアライメントマークの位置情報を計測することを特徴とする位置検出方法。
【請求項１１】
マスク上に形成されたパターンで基板上を露光する露光方法であって、
前記マスク及び前記基板の少なくとも一方の位置情報を、請求項１０に記載の位置検出方法により検出し、
前記検出された位置情報に基づいて、前記マスクと前記基板の相対的な位置合わせを行い、
前記位置合わせされた前記基板を露光し、当該基板上に前記マスクのパターンを転写する
露光方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の露光方法により露光を行う露光装置。
【請求項１３】
デバイスパターンを、請求項１１に記載の露光方法を用いて基板上に露光する工程を含むデバイス製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子デバイスを製造する際の露光工程におけるウエハやレチクル等の位置決め処理に適用して好適な位置検出方法、そのために使用するテンプレートの作成方法、そのテンプレートを使用してアライメントマーク等のパターンを検出するパターン検出方法、検出したマーク等に基づいて基板等の露光位置を検出し露光を行う露光方法及び露光装置、及び、そのような露光を行って電子デバイスを製造するデバイス製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子、液晶表示素子、プラズマディスプレイ素子、薄膜磁気ヘッド等の電子デバイスを製造する際には、露光装置を用いて、マスクやレチクル（以下、レチクルと総称する）に形成された微細なパターンの像を感光剤が塗布された半導体ウエハやガラスプレート等の基板上に繰り返し投影露光する。この際、露光装置においては、基板の位置と投影されるパターンの像の位置とを高精度に合わせる必要がある。特に半導体素子の製造においては、近年の集積度の向上に伴って形成するパターンが非常に微細になっている。従って、所望の性能を有する半導体素子を製造するためには、非常に高精度な位置合わせが要求される。
【０００３】
露光装置におけるこの位置合わせは、基板やレチクルに形成されたアライメントマーク（以下、単にマークあるいはパターンと称する場合もある。）をアライメントセンサにより検出し、基板等の位置を検出し、その位置を制御することにより行う。マークの位置を検出する方法としては種々の方法が用いられているが、近年、画像処理によりマークの位置を検出するＦＩＡ（Ｆｉｅｌｄ  Ｉｍａｇｅ  Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）方式のアライメントセンサが用いられるようになっている。これは、マーク付近の基板表面を撮像した信号（ｎ次元画像信号）を画像処理して、マークの位置情報を検出する方法である。また画像処理の方法として、予め用意したマーク信号に対応するテンプレート信号（テンプレートデータ）を用いてマークを検出する方法も知られている（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−２１０５７７号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このようなＦＩＡ方式のアライメントセンサにおいてパターンを検出するために、あるいは検出したパターンを用いてマッチングを行うために、パターン間の相対位置の計測を行う場合がしばしば生じる。そのような場合、従来は、パターンを構成するプリミティブな構造、すなわち、ライン等の画像に対して、エッジ計測を行ったり、あるいは反転対称性（折り返し対称性）等の特徴を抽出したりして、各パターンの位置を計測し、その計測結果より各パターン間の相対位置を算出していた。
【０００６】
しかしながら、そのような方法においては、計測対象パターンのすぐ近傍に別のパターンが存在したり、像崩れ、像変形等によりエッジ位置が検出できない状態となった場合に、相対位置の計測ができないという問題がある。
また、反転対称性を用いる場合には、パターンが左右非対称な像であったり左右非対称にパターンが変形した場合に、これを検出することができないという問題がある。
さらに、相対位置計測を行う場合には、基準パターンと計測パターンの両方の位置を計測する必要があるため、前述したような理由によりどちらか一方のパターン像の位置が計測できなくなると、相対位置を正確に計測することは不可能になるという問題も生じる。
【０００７】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであって、パターンの変化に対応して所望のパターンの相対位置を適切に検出することができる位置検出方法を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、そのような相対位置検出を適切に行うためのテンプレート作成方法を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、パターンの変化に対応して所望のパターンの相対位置を適切に検出することにより、所望のパターンを適切に検出することができるパターン検出方法を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、アライメントマーク等のパターンを適切に検出することにより、基板等の所望の位置に適切に露光を行うことができる露光方法及び露光装置を提供することにある。
さらに、本発明の他の目的は、基板等の所望の位置に適切に露光を行うことにより、電子デバイスを適切に製造することのできるデバイス製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明の位置検出方法は、物体上を撮像して物体上の任意のパターンを検出する検出方法であって、前記物体上の被計測領域を撮像して得られた信号の中から、該物体上の前記被計測領域内に存在する特定領域に対応するテンプレート信号を決定する（ステップＳ２２０）第１工程と、前記物体上の被計測領域を撮像して（ステップＳ１２０）、当該被計測領域に対応する被計測信号を生成する（ステップＳ２３０）第２工程と、前記生成した被計測信号と前記決定したテンプレート信号との相関検出を行って（ステップＳ２４０）、前記テンプレート信号との間で所定値以上の相関値を示す前記物体上の相関領域を、前記被計測領域の中から特定する（ステップＳ２６０）第３工程と、前記特定領域と、前記第３工程で特定された前記相関領域との間の相対的な位置関係を検出する（ステップＳ２７０）第４工程とを含む（図７及び図８参照）。
好適には、前記第１工程では、前記物体上に形成されたパターンに対応した設計値情報に基づいて、前記特定領域を決定する
また好適には、前記第３工程における相関検出は、並進対称性又は回転対称性を検出する。
【０００９】
このような位置検出方法においては、まず第１工程において、物体上から実際に撮像した信号の中から、例えば設計値情報等に基づいて、相対位置検出対象の一方のパターンの信号を抽出し、これをテンプレート画像として設定する。次に、第２工程において、相対位置検出対象の他方のパターンであって第１工程で設定したテンプレート画像とテンプレートマッチングをすることによりその位置を検出するパターンが存在する可能性のある領域を被計測領域として設定し、その被計測領域の信号を取り込む。次に、第３工程において、第１工程で設定したテンプレート画像を用いて第２工程で取り込んだ被計測領域画像を走査し、例えば並進対称性を検出することにより、他方のパターンを検出する。そして、第４工程において、テンプレート画像として設定した一方のパターンと、第３工程で検出した他方のパターンとの距離を計測し出力する。
【００１０】
このように、本発明の位置検出方法では、相対距離測定対象の２つのパターンの一方のパターンをテンプレートとして設定し、他方のパターンをテンプレートマッチングにより検出している。従って、撮像条件等の影響、すなわち像変形等が等しく作用しているパターン同士を比較照合（マッチング）しており、両パターンを適切に検出することができる。また、撮像画像より切り出したパターンをそのまま使用しテンプレートとしているので、仮にテンプレートがずれて切り出された場合には、それに対応してずれたパターンが検出される。その結果、計測対象である２つのパターンの相対距離は維持される。すなわち、パターンの像の変形やテンプレートのずれに関係なく、パターン間の相対位置をロバストに計測することが可能となる。
【００１１】
好適には、前記第１工程は、互いに異なる複数の領域をそれぞれ前記特定領域として決定する工程と、前記決定された複数の前記特定領域にそれぞれ対応する複数の前記テンプレート信号を決定する工程とを含み（ステップＳ３２０）、前記第３工程では、前記被計測信号と前記複数のテンプレート信号との相関検出を行って（ステップＳ３４０）、前記複数のテンプレート信号のそれぞれについて、当該テンプレート信号との間で所定値以上の相関値を示す前記物体上の相関領域を、前記被計測領域の中からそれぞれ特定し（ステップＳ３６０）、前記第４工程では、前記第１工程で決定された前記各特定領域と、前記第３工程で特定された前記各相関領域との間のそれぞれの相対的な計測位置関係を求め（ステップＳ３７０）、その各計測位置関係に基づいて、代表的な前記特定領域と代表的な前記相関領域との間の相対位置関係を決定する（ステップＳ３９０）（図１３参照）。
このような方法によれば、複数のテンプレートを用いて相対距離を複数回計測して最終的な相対位置を決定しているので、より正確かつより高い信頼性で位置を計測することができる。
【００１２】
また好適には、前記第４工程は、前記複数の相対的な計測位置関係を所定の統計的手法を用いて解析し、その解析結果に基づいて前記代表的な特定領域と前記代表的な相関領域との間の相対位置関係の決定の際に使用する前記相対的な計測位置関係を特定する工程と、前記特定された前記相対的な計測位置関係に基づいて、前記代表的な特定領域と前記代表的な相関領域との間の相対位置関係の検出を行う工程とを含む。
【００１３】
また、本発明のテンプレート作成方法は、物体上を撮像光学系を介して撮像して、該物体上の任意のパターンを検出する際に使用するテンプレートを作成する方法であって、前記物体上を前記撮像光学系を介して撮像し、前記撮像光学系の撮像視野で規定された領域内の画像に対応する信号を得る第１工程と、前記第１工程で得られた信号の内の前記撮像視野内の互いに異なる複数の特定領域にそれぞれ対応する複数の信号を、それぞれ独立したテンプレートとして設定する第２工程とを含む。
好適には、前記第２工程では、前記物体上に形成されたパターンに対応した設計値情報に基づいて、前記複数の特定領域を決定する。
また好適には、前記第２工程では、前記第１工程で得られた信号の解析結果に基づいて、前記複数の特定領域を決定する
【００１４】
また、本発明のパターン検出方法は、前述したいずれかのテンプレート作成方法を用いて作成されたテンプレートを用いて、前記物体上を撮像して得られた信号に対してテンプレートマッチング処理を行うことを特徴とする。
また、本発明の位置検出方法は、前述したパターン検出方法を用いて、前記物体上に形成されたアライメントマークに付随して形成された識別マークを検出し、
前記識別マークの検出結果に基づいて特定されたアライメントマークの位置情報を計測することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の露光方法は、マスク上に形成されたパターンで基板上を露光する露光方法であって、前記マスク及び前記基板の少なくとも一方の位置情報を、請求項１０に記載の位置検出方法により検出し、前記検出された位置情報に基づいて、前記マスクと前記基板の相対的な位置合わせを行い、前記位置合わせされた前記基板を露光し、当該基板上に前記マスクのパターンを転写する。
また、本発明の露光装置は、前述した露光方法により露光を行う。
また、本発明のデバイス製造方法は、デバイスパターンを、前述した露光方法を用いて基板上に露光する工程を含む。
【００１６】
なお、本欄においては、各構成に対して、添付図面に示されている対応する構成の符号を記載したが、これはあくまでも理解を容易にするためのものであって、何ら本発明に係る手段が添付図面を参照して後述する実施の形態の態様に限定されることを示すものではない。
【００１７】
【発明の実施の形態】
第１の実施の形態
本発明の第１の実施の形態について、図１〜図１２を参照して説明する。
本実施の形態においては、画像処理によりウエハのアライメントマークを検出するオフアクシス方式のアライメント光学系を有する露光装置について説明する。この露光装置においては、特に、本発明に係る位置検出方法によりアライメントマークを識別し、適切なアライメントマークを検出し、検出した適切なアライメントマークを用いてウエハの位置合わせを行う。
【００１８】
まず、その露光装置の全体構成について図１〜図４を参照して説明する。
図１は、本実施の形態の露光装置１００の概略構成を示す図である。
なお、以下の説明においては、図１中に示したＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係等について説明する。ＸＹＺ直交座標系は、Ｘ軸及びＺ軸が紙面に対して平行となるよう設定され、Ｙ軸が紙面に対して垂直となる方向に設定される。図中のＸＹＺ座標系は、実際にはＸＹ平面が水平面に平行な面に設定され、Ｚ軸が鉛直上方向に設定される。
【００１９】
図１に示すように、図示しない照明光学系から出射された露光光ＥＬは、コンデンサレンズ１を介してレチクルＲに形成されたパターン領域ＰＡに均一な照度分布で照射される。露光光ＥＬとしては、例えばｇ線（４３６ｎｍ）やｉ線（３６５ｎｍ）、又は、ＫｒＦエキシマレーザ（２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザ（１９３ｎｍ）又はＦ２エキシマレーザ（１９３ｎｍ）から出射される光等が用いられる。
【００２０】
レチクルＲはレチクルステージ２上に保持され、レチクルステージ２はベース３上の２次元平面内において移動及び微小回転ができるように支持される。装置全体の動作を制御する主制御系１５が、ベース３上の駆動装置４を介してレチクルステージ２の動作を制御する。このレチクルＲは、その周辺に形成された図示しないレチクルアライメントマークがミラー５、対物レンズ６、マーク検出系７からなるレチクルアライメント系で検出されることによって、投影レンズＰＬの光軸ＡＸに関して位置決めされる。
【００２１】
レチクルＲのパターン領域ＰＡを透過した露光光ＥＬは、例えば両側（片側でもよい。）テレセントリックな投影レンズＰＬに入射され、ウエハ（基板）Ｗ上の各ショット領域に投影される。投影レンズＰＬは、露光光ＥＬの波長に関して最良に収差補正されており、その波長のもとでレチクルＲとウエハＷとは互いに共役になっている。また、照明光ＥＬは、ケラー照明であり、投影レンズＰＬの瞳ＥＰ内の中心に光源像として結像される。
なお、投影レンズＰＬはレンズ等の光学素子を複数有する。その光学素子の硝材としては露光光ＥＬの波長に応じて石英、蛍石等の光学材料が使用される。
【００２２】
ウエハＷは、ウエハホルダー８を介してウエハステージ９上に載置される。ウエハホルダー８上には、ベースライン計測等で使用する基準マーク１０が設けられている。ウエハステージ９は、投影レンズＰＬの光軸ＡＸに垂直な面内でウエハＷを２次元的に位置決めするＸＹステージ、投影レンズＰＬの光軸ＡＸに平行な方向（Ｚ方向）にウエハＷを位置決めするＺステージ、ウエハＷを微小回転させるステージ、及び、Ｚ軸に対する角度を変化させてＸＹ平面に対するウエハＷの傾きを調整するステージ等を有する。
【００２３】
ウエハステージ９の上面の一端にはＬ字型の移動ミラー１１が取り付けられ、移動ミラー１１の鏡面に対向した位置にレーザ干渉計１２が配置される。図１では簡略化して図示しているが、移動鏡１１はＸ軸に垂直な反射面を有する平面鏡及びＹ軸に垂直な反射面を有する平面鏡より構成される。
また、レーザ干渉計１２は、Ｘ軸に沿って移動鏡１１にレーザビームを照射する２個のＸ軸用のレーザ干渉計及びＹ軸に沿って移動鏡１１にレーザビームを照射するＹ軸用のレーザ干渉計より構成され、Ｘ軸用の１個のレーザ干渉計及びＹ軸用の１個のレーザ干渉計により、ウエハステージ９のＸ座標及びＹ座標が計測される。また、Ｘ軸用の２個のレーザ干渉計の計測値の差により、ウエハステージ９のＸＹ平面内における回転角が計測される。
【００２４】
レーザ干渉計１２により計測されたＸ座標、Ｙ座標及び回転角を示す位置計測信号ＰＤＳは、ステージコントローラ１３に供給される。ステージコントローラ１３は、主制御系１５の制御の下、この位置計測信号ＰＤＳに応じて、駆動系１４を介してウエハステージ９の位置を制御する。
また、位置計測情報ＰＤＳは主制御系１５へ出力される。主制御系１５は、供給された位置計測信号ＰＤＳをモニターしつつ、ウエハステージ９の位置を制御する制御信号をステージコントローラ１３へ出力する。
さらに、レーザ干渉系１２から出力された位置計測信号ＰＤＳは後述するレーザステップアライメント（ＬＳＡ）演算ユニット２５へ出力される。
【００２５】
また、露光装置１００は、レーザ光源１６、ビーム整形光学系１７、ミラー１８、レンズ系１９、ミラー２０、ビームスプリッタ２１、対物レンズ２２、ミラー２３、受光素子２４、ＬＳＡ演算ユニット２５及び投影レンズＰＬを構成部材とするＴＴＬ方式のアライメント光学系を有する。
レーザ光源１６は、例えばＨｅ−Ｎｅレーザ等の光源であり、赤色光（例えば波長６３２．８ｎｍ）であってウエハＷ上に塗布されたフォトレジストに対して非感光性のレーザビームＬＢを出射する。このレーザビームＬＢは、シリンドリカルレンズ等を含むビーム整形光学系１７を透過し、ミラー１８、レンズ系１９、ミラー２０、ビームスプリッタ２１を介して対物レンズ２２に入射する。対物レンズ２２を透過したレーザビームＬＢは、レチクルＲの下方であってＸＹ平面に対して斜め方向に設けられたミラー２３で反射され、投影レンズＰＬの視野の周辺に光軸ＡＸと平行に入射され、投影レンズＰＬの瞳ＥＰの中心を通ってウエハＷを垂直に照射する。
【００２６】
レーザビームＬＢは、ビーム整形光学系１７の働きで対物レンズ２２と投影レンズＰＬとの間の光路中の空間にスリット状のスポット光ＳＰ０となって集光している。
投影レンズＰＬは、このスポット光ＳＰ０をウエハＷ上にスポットＳＰとして再結像する。
ミラー２３は、レチクルＲのパターン領域ＰＡの周辺よりも外側で、かつ投影レンズＰＬの視野内にあるように固定される。従って、ウエハＷ上に形成されるスリット状のスポット光ＳＰは、パターン領域ＰＡの投影像の外側に位置する。
【００２７】
このスポット光ＳＰによってウエハＷ上のマークを検出するには、ウエハステージ９をＸＹ平面内においてスポット光ＳＰに対して水平移動させる。スポット光ＳＰがマークを相対走査すると、マークからは正反射光、散乱光、回折光等が生じ、マークとスポット光ＳＰの相対位置により光量が変化していく。こうした光情報は、レーザビームＬＢの送光路に沿って逆進し、投影レンズＰＬ、ミラー２３、対物レンズ２２及びビームスプリッタ２１を介して、受光素子２４に達する。受光素子２４の受光面は投影レンズＰＬの瞳ＥＰとほぼ共役な瞳像面ＥＰ′に配置され、マークからの正反射光に対して不感領域をもち、散乱光や回折光のみを受光する。
【００２８】
図２は、瞳ＥＰ（又は瞳像面ＥＰ′）上におけるウエハＷ上のマークからの光情報の分布を示す図である。瞳ＥＰの中心にＸ軸方向にスリット状に伸びた正反射光Ｄ０の上下（Ｙ軸方向）には、それぞれ正の１次回折光＋Ｄ１、２次回折光＋Ｄ２と、負の１次回折光−Ｄ１、２次回折光−Ｄ２が並び、正反射光Ｄ０の左右（Ｘ軸方向）にはマークエッジからの散乱光±Ｄｒが位置する。これは例えば特開昭６１−１２８１０６号公報に詳しく述べられているので詳しい説明は省略するが、回折光±Ｄ１、±Ｄ２はマークが回折格子マークの時にのみ生じる。
【００２９】
図２に示した分布を有するマークからの光情報を受光するために、受光素子２４は、図３に示すように、瞳像面ＥＰ′内で４つの独立した受光面２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄに４分割され、受光面２４ａ，２４ｂが散乱光±Ｄｒを受光し、受光面２４ｃ，２４ｄが回折光±Ｄ１、±Ｄ２を受光するように配列される。
図３は受光素子２４の受光面を示す図である。なお、投影レンズＰＬのウエハＷ側の開口数（Ｎ．Ａ．）が大きく、回折格子マークから発生する３次回折光も瞳ＥＰを通過する場合には、受光面２４ｃ，２４ｄはその３次回折光も受光するような大きさにするとよい。
【００３０】
受光素子２４からの各光電信号はレーザ干渉計１２から出力される位置計測信号ＰＤＳとともに、ＬＳＡ演算ユニット２５に入力され、マーク位置の情報ＡＰ１が作られる。ＬＳＡ演算ユニット２５は、スポット光ＳＰに対してウエハマークを走査した時の受光素子２４からの光電信号波形を位置計測信号ＰＤＳに基づいてサンプリングして記憶し、その波形を解析することによってマークの中心がスポット光ＳＰの中心と一致した時のウエハステージ９の座標位置として、マーク位置の情報ＡＰ１を出力する。
【００３１】
なお、図１に示した露光装置においては、ＴＴＬ方式のアライメント系（１６，１７，１８，１９，２０，２１，２２，２３及び２４）は、１組しか示していないが、紙面と直交する方向（Ｙ軸方向）にもう１組が設けられ、同様のスポット光が投影像面内に形成される。これら２つのスポット光の長手方向の延長線は光軸ＡＸに向かっている。
また、図１中のＴＴＬ方式のアライメント光学系の光路中に示した実線は、ウエハＷとの結像関係を表し、破線は瞳ＥＰとの共役関係を表す。
【００３２】
また、露光装置１００は、本発明に係るオフ・アクシス方式のアライメント光学系（以下、アライメントセンサと称する）を投影光学系ＰＬの側方に備える。このアラメントセンサは、基板表面のアライメントマーク付近を撮像した信号（ｎ次元信号）を画像処理して、マークの位置情報を検出するＦＩＡ（Ｆｉｅｌｄ  Ｉｍａｇｅ  Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）方式のアライメントセンサである。
露光装置１００においては、このアライメントセンサにより、サーチアライメント計測やファインアライメント計測を行う。
サーチアライメント計測とは、通常は前記ＦＩＡセンサを用いてウエハ上に複数個形成されているサーチアライメント用のマークを検出し、ウエハのウエハホルダーに対する回転量やＸＹ面内での位置ずれを検出する処理である。このサーチアライメント計測時の観察倍率は、後述のファインアライメント計測時の観察倍率と等しいか、又は、それよりも低倍率に設定される。本実施の形態においてサーチアライメントの画像処理方法としては、予め用意したマーク信号に対応するテンプレート信号（テンプレートデータ）を用いてマークを検出する手法（テンプレートマッチング手法）を用いる。
【００３３】
また、ファインアライメント計測とは、ショット領域に対応して形成されているファインアライメント用のアライメントマークを検出し、最終的に各露光ショットの位置決めを行うための処理である。本実施の形態においてファインアライメントの画像処理方法としては、マークのエッジを抽出してその位置を検出する手法（エッジ計測手法）を用いる。このファインアライメントでは、前述のサーチアライメントよりも高倍率でマーク検出をするようにしてもよい。
なお、ファインアライメントにおいて、その画像処理方法は本実施の形態の手法に限られるものではなく、テンプレートマッチング手法を用いるようにしてもよいし（これについては後述する）、あるいはまたその他の画像処理方法であってもよい。
【００３４】
また、本実施の形態の説明では、検出対象のパターンあるいはテンプレートパターンをウエハ上い形成された所定のマークのパターン（マークパターン）として説明を進めるが、本発明はそのようなマークへの適用のみに限られるものではない。例えば、検出対象パターンあるいはテンプレートパターンとして、物体（ウエハやマスク）上に形成せれた回路パターン（デバイスパターン）の一部を用いるものや、ストリートラインの一部を用いるものにも本発明は適用可能である。
【００３５】
このアライメントセンサは、ウエハＷを照明するための照射光を出射するハロゲンランプ２６、ハロゲンランプ２６から出射された照明光を光ファイバー２８の一端に集光するコンデンサレンズ２７、及び、照明光を導波する光ファイバー２８を有する。
照明光の光源としてハロゲンランプ２６を用いるのは、ハロゲンランプ２６から出射される照明光の波長域は５００〜８００ｎｍであり、ウエハＷ上面に塗布されたフォトレジストを感光しない波長域であるため、及び、波長帯域が広く、ウエハＷ表面における反射率の波長特性の影響を軽減することができるためである。
【００３６】
光ファイバー２８から出射された照明光は、ウエハＷ上に塗布されたフォトレジストの感光波長（短波長）域と赤外波長域とをカットするフィルタ２９を通過して、レンズ系３０を介してハーフミラー３１に達する。ハーフミラー３１によって反射された照明光は、ミラー３２によってＸ軸方向とほぼ平行に反射された後、対物レンズ３３に入射し、さらに投影レンズＰＬの鏡筒下部の周辺に投影レンズＰＬの視野を遮光しないように固定されたプリズム（ミラー）３４で反射されてウエハＷを垂直に照射する。
【００３７】
なお、図示を省略しているが、光ファイバー２８の出射端から対物レンズ３３までの光路中には、適当な照明視野絞りが対物レンズ３３に関してウエハＷと共役な位置に設けられる。また、対物レンズ３３はテレセントリック系に設定され、その開口絞り（瞳と同じ）の面３３ａには、光ファイバー２８の出射端の像が形成され、ケーラー照明が行われる。対物レンズ３３の光軸は、ウエハＷ上では垂直となるように定められ、マーク検出時に光軸の倒れによるマーク位置のずれが生じないようになっている。
【００３８】
ウエハＷからの反射光は、プリズム３４、対物レンズ３３、ミラー３２、ハーフミラー３１を介して、レンズ系３５によって指標板３６上に結像される。この指標板３６は、対物レンズ３３とレンズ系３５とによってウエハＷと共役に配置され、図４に示すように矩形の透明窓内に、Ｘ軸方向とＹ軸方向のそれぞれに伸びた直線状の指標マーク３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，３６ｄを有する。図４は、指標板３６の断面図である。従って、ウエハＷのマークの像は、指標板３６の透明窓３６ｅ内に結像され、このウエハＷのマークの像と指標マーク３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，３６ｄとは、リレー系３７，３９及びミラー３８を介してイメージセンサ４０に結像する。
【００３９】
イメージセンサ（光電変換手段、光電変換素子）４０は、その撮像面に入射する像を光電信号（画像信号、画像データ、データ、信号）に変換するものであり、例えば２次元ＣＣＤが用いられる。イメージセンサ４０から出力された信号（ｎ次元信号）は、ＦＩＡ演算ユニット４１に、レーザ干渉計１２からの位置計測信号ＰＤＳとともに入力される。
【００４０】
なお、本実施の形態では、イメージセンサ４０において２次元画像信号を得て、これをＦＩＡ演算ユニット４１に入力し、２次元計測あるいは１次元計測に使用する。また、サーチアライメント処理の時に行うテンプレートマッチングの際には、２次元ＣＣＤで得た信号を非計測方向に積算（投影）して１次元投影信号として、計測方向への計測に使用する。
しかしながら、イメージセンサ４０で得る信号やその後段の信号処理の際に処理対象とする信号の形式は、本実施の形態のこのような例に限られるものではない。テンプレートマッチングの際に、２次元画像処理を行うように構成して２次元信号を計測に用いるようにしてもよい。また、３次元画像信号を得て、３次元画像処理を行うように構成してもよい。さらに言えば、ＣＣＤの信号をｎ次元（ｎは、ｎ≧１の整数）に展開して、（例えば、ｎ次元の余弦成分信号、ｎ次元正弦信号、あるいはｎ次周波数信号等を生成し）、そのｎ次元信号を用いて位置計測を行うものに対しても本発明は適用可能である。
なお、本明細書の説明において画像、画像信号、画像情報、パターン信号等と称する時も同様に、２次元の画像のみならず、このようなｎ次元信号（ｎ次元の画像信号や、上述の如く画像信号から展開された信号）をも含むものとする。
【００４１】
ＦＩＡ演算ユニット４１は、入力された画像信号からアライメントマークを検出し、そのアライメントマークの指標マーク３６ａ〜３６ｄに対するマーク像のずれを求める。そして、位置計測信号ＰＤＳによって表されるウエハステージ９の停止位置から、ウエハＷに形成されたマークの像が指標マーク３６ａ〜３６ｄの中心に正確に位置した時のウエハステージ９のマーク中心検出位置に関する情報ＡＰ２を出力する。
ＦＩＡ演算ユニット４１は、サーチアライメント及びファインアライメントの各アライメント処理時に、各々、所定のアライメントマーク像の位置検出及びそのずれの検出を行う。本実施の形態においては、サーチアライメントの時にはテンプレートマッチング手法を利用し、また、ファインアライメントの時にはエッジ検出処理手法を利用して、マークの位置検出及びずれの検出を行う。
なお、ＦＩＡ演算ユニット４１の構成及びこれらの処理については、本発明に係るサーチアライメントの処理（テンプレートマッチング処理）を中心に、次段においてより詳細に説明する。
以上、露光装置１００の全体の概略の構成である。
【００４２】
次に、ＦＩＡ演算ユニット４１の構成及び動作について、図５を参照して説明する。
図５は、ＦＩＡ演算ユニット４１の内部構成を示すブロック図である。
図５に示すように、ＦＩＡ演算ユニット４１は、画像信号記憶部５０、テンプレートデータ記憶部５２、データ処理部５３及び制御部５４を有する。
【００４３】
画像信号記憶部５０は、イメージセンサ４０から入力される画像信号を記憶する。画像信号記憶部５０には、イメージセンサ４０により取り込まれた画像であって、検出対象のアライメントマークのサイズに比べて十分に大きい視野領域の画像が記憶される。
【００４４】
テンプレートデータ記憶部５２は、例えばサーチアライメントの際に行うテンプレートマッチング処理で用いるテンプレートデータを記憶する。テンプレートデータは、ウエハ上のマークを検出するために画像信号記憶部５０に記憶されている画像信号とパターンマッチングを行うための基準のパターンデータである。
テンプレートデータは、露光装置１００とは別の計算機システム等で作成されてテンプレートデータ記憶部５２に記憶されてもよいし、アライメントセンサで撮像されたマークの画像情報に基づいてＦＩＡ演算ユニット４１で作成されてテンプレートデータ記憶部５２に記憶されてもよい。
【００４５】
データ処理部５３は、画像信号記憶部に記憶されている画像信号に対してテンプレートマッチング及びエッジ検出処理等の所望の画像処理を行い、マークの検出、位置情報の検出、識別情報の検出、及び、ずれ情報の検出等を行う。
例えば、データ処理部５３は、画像信号記憶部５０に記憶される画像信号とテンプレートデータ記憶部５２に記憶するテンプレートとのマッチングを行い、画像信号中のマークの有無を検出する。その場合データ処理部５３は、検出対象のマークの大きさに相当する探索領域で視野領域を順次走査し、各位置においてその領域の画像信号とテンプレートデータとを比較照合する。そして、それらのパターン間（画像間）の類似度、相関度等を評価値として検出し、類似度が所定の閾値以上の場合に、その領域にマークが存在する、すなわち、その箇所の画像中にマークの像が含まれているものと判断する。
そして、最終的にデータ処理部５３は、そのマークが視野内のどの位置にあるかを求める。これによって、ウエハＷに形成されたマークの像が指標マーク３６ａ〜３６ｄの中心に正確に位置した時のウエハステージ９のマーク中心位置に関する情報ＡＰ２を得る。
【００４６】
また、データ処理部５３は、本発明に係る識別情報を有するアライメントマークを検出する場合には、そのマークにより示されている識別情報を検出する。識別情報の検出方法としても、テンプレートマッチングやエッジ検出を用いることができる。
本実施の形態においては、サーチアライメント時にテンプレートマッチング手法により、サーチマークに表される識別情報を抽出する。なお、その処理については、後に詳細に説明する。
そして、データ処理部５３は、検出した識別情報に基づいて検出したアライメントマークの種類を判別し、後段のアライメント処理や露光処理において使用すべきマークの選別、あるいは、使用すべきマークであることの確認を行い、適切に選択したマークに対して、前述したような位置情報を検出する。
【００４７】
制御部５４は、画像信号記憶部５０における画像信号の記憶及び読み出し、テンプレートデータ記憶部５２におけるテンプレートデータの記憶及び読み出し、及び、データ処理部５３における前述したマッチングやエッジ検出等の処理が各々適切に行われるように、ＦＩＡ演算ユニット４１全体の動作を制御する。
【００４８】
次に、本発明に係る露光装置１００の動作について、ＦＩＡ演算ユニット４１においてサーチアライメントの際に行うアライメントマーク（サーチマーク）の検出処理を中心に詳細に説明する。
まず、このような構成の露光装置１００における露光処理に適用して好適な、アライメントマークについて、図６を参照して説明する。
図６は、そのアライメントマーク（サーチ用アライメントマーク又はサーチマークとも称する）ＡＭ１の構成を示す図である。
【００４９】
アライメントマークＡＭ１は、後述するファインアライメント用のアライメントマークよりも若干大きく、図示の如く比較的簡単な構成のマークである。
アライメントマークＡＭ１は、縦方向に互いに平行に延在する３本の縦パターンＰ１Ｌ，Ｐ１Ｃ，Ｐ１Ｒと、横方向に互いに平行に延在する３本の横パターンＰ２Ａ，Ｐ２Ｃ，Ｐ２Ｕとを有する。これら３本の縦パターン及び３本の横パターンは相互に重なり合い、９個の交点を形成する。
【００５０】
縦パターンの中央のパターン（縦中央パターン）Ｐ１Ｃは、左右の縦パターンＰ１ＬとＰ１Ｒとの間の任意の位置に配置される。また、横パターンの中央のパターン（横中央パターン）Ｐ２Ｃは、上下の横パターンＰ２ＡとＰ２Ｕとの間の任意の位置に配置される。
なお、アライメントマークＡＭ１のこれら各パターンＰ１Ｌ，Ｐ１Ｃ，Ｐ１Ｒ及びＰ２Ａ，Ｐ２Ｃ，Ｐ２Ｕの線幅は本実施の形態ではいずれも同一線幅としているが、本発明はこれに限られるものではなく、互いに異なる線幅であっても本発明を適用可能である。
【００５１】
このような構成のアライメントマークＡＭ１では、前述したように、縦中央パターンＰ１Ｃ及び横中央パターンＰ２Ｃは、各々、左右の縦パターンＰ１ＬとＰ１Ｒとの間及び上下の横パターンＰ２ＡとＰ２Ｕとの間の任意の位置に配置される。従って、縦中央パターンＰ１Ｃと横中央パターンＰ２Ｃとの交点Ｐの位置は、それらの縦中央パターンＰ１Ｃ及び横中央パターンＰ２Ｃの位置がそれぞれ相違することにより、左右の縦パターンＰ１Ｌ，Ｐ１Ｒ及び上下の横パターンＰ２Ａ，Ｐ２Ｕで囲まれる空間内で変化する。
【００５２】
この交点Ｐの位置と所望の情報とを対応付けることにより、すなわち、異なる交点Ｐに異なる情報を対応付けることにより、多数の情報を表すことができる。すなわち、縦中央パターンＰ１Ｃと横中央パターンＰ２Ｃとにより形成される十字型のマークにより異なる多数の情報を表すことができる。実際には、アライメントセンサにおける縦パターンＰ１Ｌ，Ｐ１Ｃ及びＰ１Ｒ、及び、横パターンＰ２Ａ，Ｐ２Ｃ及びＰ２Ｕの検出分解能を考慮し、縦中央パターンＰ１Ｃの検出可能な配置の数、及び、横中央パターンＰ２Ｃの検出可能な配置の数の組み合わせの数に相当する種類の所望の情報を表すことができる。
【００５３】
ウエハ上のサーチ用アライメントマーク（サーチマーク）は、マスク（レチクル）に設けられているサーチマークが基板に転写されて形成されるものであり、基板上の各ショット領域のそれぞれにサーチマークが形成されることになる場合がある。しかし、サーチアライメント処理に用いるウエハ上のサーチマークの数は３つ程度であり、サーチアライメント処理に用いない多数のサーチマークがウエハ上に存在することとなる。従って、サーチアライメント処理の際は、検出したサーチマークが適切なサーチマークか否か（計測すべきサーチマークであるか否か）識別する必要がある。本実施の形態においては、サーチアライメントに使用するサーチマークを識別するための情報を、上述した縦中央パターンＰ１Ｃ及び横中央パターンＰ２Ｃの位置により表すものとする。
【００５４】
従って、アライメントセンサにおいてサーチマークをアライメントに使用する際には、まず、縦パターンの左側のパターンＰ１Ｌと縦パターンの中央のパターンＰ１Ｃとの相対距離、及び、横パターンの上側のパターンＰ２Ａと横パターンの中央のパターンＰ２Ｃとの相対距離を計測する。
次に、各パターンの配置に対応付けられている情報、換言すれば縦中央パターンＰ１Ｃ及び横中央パターンＰ２Ｃの交点に対応付けられている情報を、予め記憶されている情報より抽出する。
そしてこれにより、そのマークが如何なるパターンとして形成されたマークであるかを示す情報を検出し、そのマークがサーチアライメントに用いるマークとして適切か否かの判定を行う。
【００５５】
次に、露光装置１００の動作について、サーチアライメント処理を中心として、図７〜図１２を参照して説明する。
まず、露光処理の全体の流れについて、図７を参照して説明する。
まず、レチクルＲ及びウエハＷを、各々レチクルステージ２及びウエハステージ９上に搬送し、各ステージ上に載置し支持する。この際、ウエハＷは、ウエハに形成されたオリエンテーション・フラット又はノッチ等を用いて、ウエハステージ９に対して位置合わせ（プリアライメント処理）をした後、ウエハホルダー８を介してウエハステージ９上に保持される（ステップＳ１１０）。
【００５６】
次に、アライメントセンサにより、ウエハホルダー８に搭載されたウエハＷのウエハホルダー８に対する回転量やＸＹずれを求めるサーチアライメント計測を行う（ステップＳ１２０）。ここでのサーチアライメント計測においては、ウエハＷ上の離れた複数点に形成されたサーチアライメント用のアライメントマーク（サーチマーク）を検出し、その各サーチマークの位置関係に基づいてウエハの回転量やＸＹずれ等を求める。
【００５７】
サーチアライメント計測においては、まず、サーチマークの設計上の位置情報に基づいて、そのサーチマークが配置されるウエハＷ上の所定の領域内の画像を取り込む（ステップＳ１２１）。
具体的には、主制御系１５が、ステージコントローラ１３及び駆動系１４を介して、サーチマークがアライメントセンサの視野（計測領域）内に入るようにウエハステージ９を駆動する。
移動処理が完了すると、アライメントセンサの照明光がウエハＷ上に照明される。すなわち、ハロゲンランプ２６から出射された照明光が、コンデンサレンズ２７によって光ファイバー２８の一端に集光されて光ファイバー２８内に入射される。入射された照明光は、光ファイバー２８内を伝搬して他端から出射され、フィルタ２９を通過して、レンズ系３０を介してハーフミラー３１に達する。ハーフミラー３１によって反射された照明光は、ミラー３２によってＸ軸方向に対してほぼ水平に反射された後、対物レンズ３３に入射し、さらに投影レンズＰＬの鏡筒下部の周辺に投影レンズＰＬの視野を遮光しないように固定されたプリズム３４で反射されてウエハＷに垂直に照射される。
【００５８】
ウエハＷからの反射光は、プリズム３４、対物レンズ３３、ミラー３２、ハーフミラー３１を介して、レンズ系３５によって指標板３６上に結像される。ウエハＷのマークの像と指標マーク３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，３６ｄとは、リレー系３７，３９及びミラー３８を介してイメージセンサ４０に結像する。イメージセンサ４０に結像した画像データは、計測領域内の画像として、ＦＩＡ演算ユニット４１の画像信号記憶部５０に記憶される。
なお、サーチアライメント計測時のこの画像の取り込みを、アライメントセンサの倍率を後述するファインアライメントの時よりも低倍率に設定して行うにようにすれば、ウエハＷ上のより広い領域の画像が取り込まれることとなる。なお、前述したように、検出対象のサーチマーク自身も、後述するファインアライメント時のアライメントマークよりも大きく形成されている。
【００５９】
次に、ＦＩＡ演算ユニット４１のデータ処理部５３は、画像信号記憶部５０に記憶された視野画像（計測領域内の画像）を走査して、所望のアライメントマークを検出する（ステップＳ１２２）。本実施の形態においては、図６を参照して前述したようなアライメントマークＡＭ１を検出する。視野領域内に複数のアライメントマークが観察される場合にはその全てを検出する。
【００６０】
アライメントマークを検出したら、次に、検出したアライメントマークの識別を行う（ステップＳ１２３）。
図６を参照して前述したように、各アライメントマークＡＭ１においては、縦中央パターンＰ１Ｃ及び横中央パターンＰ２Ｃのマーク内の位置によって、サーチマークを識別するための情報が表されている。データ処理部５３は、画像信号記憶部５０に記憶されている画像情報より、各アライメントマークＡＭ１の縦中央パターンＰ１Ｃ及び横中央パターンＰ２Ｃを抽出し、縦パターンの左側のパターンＰ１Ｌと縦中央パターンＰ１Ｃとの相対距離、及び、横パターンの上側のパターンＰ２Ａと横中央パターンＰ２Ｃとの相対距離を計測する。そして、縦中央パターンＰ１Ｃと横中央パターンＰ２Ｃとの交点に対応付けられている情報を予め記憶されている情報より抽出する。
なお、この縦パターンの左側のパターンＰ１Ｌと縦中央パターンＰ１Ｃとの相対距離を計測する処理、及び、横パターンの上側のパターンＰ２Ａと横中央パターンＰ２Ｃとの相対距離を計測する処理については、後にさらに詳細に説明する。
【００６１】
そして、検出された識別情報に基づいて、今回のサーチアライメント計測処理で使用するアライメントマークを特定する（ステップＳ１２４）。
なお、ステップＳ１２２で抽出されたマークが１つのみの場合には、ステップＳ１２３及びステップＳ１２４の処理を省略し、直ちにそのマークを今回の露光処理で使用するマークと特定してもよい。また、そのような場合も、ステップＳ１２３及びステップＳ１２４の処理を行い、今回の露光処理で使用するマークか否かを確認するようにしてもよい。
このようなステップＳ１２１〜ステップＳ１２４の処理を繰り返し、サーチアライメント計測に用いるウエハＷ上の全てのサーチマークを検出したら（ステップＳ１２５）、それら各マークの位置情報に基づいて、所定の演算を行い、ウエハＷの回転量やＸＹずれを求める（ステップＳ１２６）。
【００６２】
サーチアライメント計測が終了したら、次に、アライメントセンサにより、ウエハＷ上の各露光ショットの位置ずれを検出するファインアライメント計測を行う（ステップＳ１３０）。ファインアライメント計測においては、ウエハＷ上の露光ショットに対応して形成されたファインアライメント用のアライメントマークを検出し、そのアライメントマークの位置を求めて、各ショット領域の回転量や位置ずれを検出する。
本実施の形態においては、検出した画像の波形信号に対してエッジ計測手法による画像処理を施すことにより、アライメントマークの検出及びその位置情報の検出を行う。なお、エッジ計測手法は、例えば特開平４−６５６０３号公報等に開示されており、その詳細な説明は省略する。
【００６３】
このファインアライメント計測は、ウエハＷ上の各ショット領域に対応して設けられたアライメントマークの全てを検出して行ってもよいし、いくつかのショット領域を選択し、その選択されたショット領域に対応するアライメントマークを検出して行ってもよい。但し、一部のショット領域に対応するアライメントマークを選択して行う場合には、後述するショット領域の位置算出の際に統計演算処理（ＥＧＡ処理）を施し、各ショット領域の位置を検出することとなる。
なお、ファインアライメント計測時のこの画像の取り込みは、アライメントセンサの倍率を前述したサーチアライメントの時よりも高倍率に設定して行われる。また、検出対象のアライメントマークは、前述したサーチアライメント時のアライメントマークよりも小さい、すなわち高精細なマークである。
【００６４】
ファインアライメント計測が終了したら、データ処理部５３は、サーチアライメント計測の結果及びファインアライメント計測の結果に基づいて、例えばＥＧＡ処理等の処理を行い、ウエハＷ上の各ショット領域の位置を算出する（ステップＳ１４０）。
【００６５】
ショット領域の位置が算出されたら、主制御系１５は、予め管理されているベースライン量及び算出したショット領域に基づいてレチクルＲとウエハＷのショット領域との位置合わせを行う。そして、ショット領域にレチクルＲのパターン像を正確に重ね合わせ、露光を行う（ステップＳ１５０）。
【００６６】
次に、前述したステップＳ１２３の識別情報検出処理について、さらに図８を参照して詳細に説明する。
図６を参照して前述したように、本実施の形態で示すアライメントマークＡＭ１は、縦のパターンＰ１Ｌ，Ｐ１Ｃ及びＰ１Ｒ、及び、横のパターンＰ２Ａ，Ｐ２Ｃ及びＰ２Ｕを有する。そして、縦中央パターンＰ１Ｃと横中央パターンＰ２Ｃとの交点ＰのマークＡＭ１内の位置により、換言すれば、左側の縦のパターンＰ１Ｌと中央の縦のパターンＰ１Ｃとの相対距離Ｌ１と上側の横のパターンＰ２Ａと中央の横のパターンＰ２Ｃとの相対距離Ｌ２との組み合わせにより、アライメントマークＡＭ１を識別する情報を表す。
ここでは、左側の縦のパターンＰ１Ｌと中央の縦のパターンＰ１Ｃとの相対距離Ｌ１の検出方法を具体的に例示し、アライメントマークＡＭ１の識別情報の検出処理について説明する。
【００６７】
図８は、左側の縦のパターンＰ１Ｌと中央の縦のパターンＰ１Ｃとの相対距離Ｌ１の計測方法を説明するためのフローチャートである。
【００６８】
まず、図５に示したＦＩＡ演算ユニット４１のデータ処理部５３は、マークＡＭ１のＸ方向の輝度分布平均を求めることにより、Ｘ方向に関する信号強度分布、すなわち波形信号を抽出する（ステップＳ２１０）。
データ処理部５３は、図７に示すステップＳ１２２の処理で検出されたマークＡＭ１の視野画像中の位置及びその設計情報に基づいて、視野画像中のマークＡＭ１が配置される領域を検出する。そして、さらにこのマークＡＭ１の配置領域に基づいて、波形信号を抽出する領域を設定する。波形信号を抽出する領域は、基本的にマークＡＭ１の配置領域と同一でよい。そして、データ処理部５３は、設定した領域内の視野画像を走査し、マークＡＭ１のＸ方向に関する信号強度分布を求める。
例えば図６に示すマークＡＭ１の縦パターンＰ１Ｌ及びＰ１Ｃに対しては、図９（Ａ）に示すような波形信号Ｗ１が抽出される。
【００６９】
次に、このような波形信号Ｗ１に対して、テンプレートを設定する（ステップＳ２２０）。データ処理部５３は、アライメントマークＡＭ１の設計情報に基づいて、ステップＳ２２０で抽出した波形信号Ｗ１より、左側の縦パターンＰ１Ｌに対応する波形信号が存在する領域を抽出し、この領域の波形信号をテンプレートとして設定する。
図９（Ａ）に示した波形信号Ｗ１に対しては、図９（Ｂ）に示すテンプレートＴ１が設定される。
【００７０】
以降のステップＳ２３０〜Ｓ２５０では、波形信号Ｗ１内の相関検出（演算）の対象範囲（後述の被計測範囲Ｐ１〜Ｐ４）に対して、テンプレートＴ１を演算上で順次走査させながら、相関検出（並進対称性の検出）を行う。
まず、波形信号Ｗ１内において、相関検出対象範囲（計測パターンＰｎ）を順次設定する（ステップＳ２３０）。データ処理部５３は、まず、計測パターンを設定する範囲を、アライメントマークＡＭ１の設計情報及び画像情報中のテンプレートＴ１の位置情報に基づいて画像情報中に設定する。そして、その計測パターン設定範囲内を所定の間隔で順に移動し、すなわち走査し、順次計測パターンを設定する。
図９（Ｂ）に示した波形信号Ｗ１及びテンプレートＴ１に対しては、図９（Ｃ）に示す計測パターンＰ１〜Ｐ４が順次設定される。
【００７１】
次に、設定した計測パターンとテンプレートとの並進対称性を検出する（ステップＳ２４０）。
並進対称性は、式（１）又は式（２）に基づいて求める。
【００７２】
【数１】
2005019865.tif 000003
【００７３】
【数２】
2005019865.tif 000004
【００７４】
但し、ｋは基準パターン（テンプレート）と計測パターンの距離、ｘは基準パターンの位置、Ｎはパターンサイズ、Ｒ（ｋ）は基準パターンと計測パターンの距離がｋの時の並進対称性評価値である。そして、距離ｋを変化させて、Ｒ（ｋ）が最大になる時の距離ｋの値が、相対位置検出結果Ｋである。
また、Ｓ１，Ｓ２は、式（３）及び式（４）により表される。
【００７５】
【数３】
2005019865.tif 000005
【００７６】
【数４】
2005019865.tif 000006
【００７７】
式（１）及び式（２）により計算される評価値Ｒ（ｘ）は、ｘの位置、Ｎが異なってもほぼ同じになる。
なお、式（１）で求められる評価値は、パターン間の振幅に対して不変な値となり、式（２）で求められる評価値は、振幅の値を反映した値となる。このいずれの評価式を求めるかは、位置計測したい状況等により適宜決定する。
【００７８】
次に、設定され得る全ての計測パターンに対して並進対称性の検出を行ったか否か、すなわち、計測パターン設定範囲内の走査が終了したか否かをチェックする（ステップＳ２５０）。そして、終了していなければステップＳ２３０に戻って次の計測パターンの検出を行い、その計測パターンについてテンプレートとの並進対称性を検出する（ステップＳ２４０）。以後、計測パターン設定範囲内の全計測パターンについて並進対称性の検出が終了するまで、ステップＳ２３０〜ステップＳ２５０の処理を繰り返す。
この処理により、例えば図９（Ｃ）に示す計測パターンＰ１〜Ｐ４の各々について、テンプレートＴ１に対する並進対称性評価値が算出される。
【００７９】
ステップＳ２５０において、計測パターン設定範囲内の走査が終了したら、次に、設定した各計測パターンから検出した並進対称性の評価値を比較し、評価値が最大となる計測パターンを検出する（ステップＳ２６０）。
図９（Ｃ）に示した例においては、計測パターンＰ１〜Ｐ４の中で、図示により明らかなように、計測パターンＰ３に対して算出された並進対称性評価値が最も高い値となる。従って、ステップＳ２６０においては、この計測パターンＰ３が検出される。
【００８０】
そして、その評価値が最大となる計測パターンの位置を検出し、これとテンプレートの位置との相対位置（相対距離）を検出し、これを検出結果として出力する（ステップＳ２７０）。
図９（Ｃ）に示した例においては、計測パターンＰ３とテンプレートＴ１の距離Ｌが検出され、出力される。
【００８１】
図７に示したアライメント処理のステップＳ１２３においては、このような処理により、まず図６に示したマークＡＭ１の左側の縦パターンＰ１Ｌと中央の縦パターンＰ１Ｃとの相対距離Ｌ１を検出する。次に、同様の処理を行うことによりマークＡＭ１の上側の横パターンＰ２Ａと中央の横パターンＰ２Ｃとの相対距離Ｌ２を検出する。そして、これら検出した相対距離Ｌ１及びＬ２に基づいて、マークＡＭ１が示す情報、すなわち、マークＡＭ１を識別する情報を検出する。
【００８２】
このように、本実施の形態においては、サーチマークＡＭ１で表される情報を検出する際に、ウエハを撮像して得られた画像情報よりテンプレート（基準パターン）を抽出し、これと計測パターンとを比較することにより基準パターンと同一のパターンを検出し、それらの相対位置を検出している。基準パターンと計測対象のパターンとの設計上の形状が同じであれば、撮像条件等に起因する像変形もほぼ同じになる。すなわち、像変形があっても基準パターンと計測対象のパターンとの像形状は強い相関を維持している。従って、このような方法によりテンプレートを設定することにより、適切に計測対象のパターンを検出することができる。
【００８３】
また、本実施の形態のマーク検出方法においては、基準パターンと計測パターンとの相関を、並進対称性を検出することにより求めている。並進対称性は、撮像条件に起因する像変形が基準パターン及び計測パターンに生じたとしても保持される。また、並進対称性は、パターンが左右非対称であっても何ら問題なく検出することができる。従って、それらの相関を適切に検出できる。
【００８４】
また、並進対称性は、基準パターンとして検出しようとした所定のパターンを正確に基準パターンとして切り出していなくとも、すなわち、切り出したパターンの位置がずれていたり、パターンを部分的に切り出したりした場合においても、計測パターンの対応する部分との間で成立する特徴である。また、並進対称性を有するパターン間の相対的な位置は、ずれたパターンや部分的なパターンを用いたとしても維持される。従って、本実施の形態のようなマーク検出方法により、基準パターンと計測パターンとの距離は適切に検出することができる。
【００８５】
具体的には、例えば、本来は図１０（Ａ）に示すように設定されるべきテンプレートＴ１が、例えば図１０（Ｂ）又は図１０（Ｃ）に示すテンプレートＴ５又はＴ６のようにずれて設定される場合がある。このような場合、並進対称性の評価値が最大となる計測パターンは、各々図示の如く、テンプレートと同様にずれた計測パターンＰ５又はＰ６である。従って、これらの相対距離Ｌは、テンプレートＴ１が理想的に検出された場合と同じ距離Ｌとなる。すなわち、テンプレートパターンの位置がずれていても、換言すればテンプレートとすべきパターンの位置が厳密にわかっていなくとも、これらの相対距離は適切に検出される。
【００８６】
また、例えば、図１１（Ａ）に示すように、テンプレートが、設定されるべきテンプレートのパターンの一部のみを切り出したパターンＴ７のような場合がある。さらに、図１１（Ａ）〜（Ｃ）に示すテンプレートＴ７〜Ｔ９のように、その部分的なテンプレートがさらに種々の位置にずれて設定される場合がある。計測パターンのサイズは、テンプレートのサイズと同一に設定される。従って、このような場合においても、並進対称性の評価値が最大となる計測パターンは、各々図示の如く、テンプレートと同様のサイズ、すなわちテンプレートと同様にパターンの一部に対応する大きさで、波形信号に対してテンプレートと同様にずれたパターンＰ７〜Ｐ９である。従って、これらの相対距離は、やはりテンプレートが理想的に設定された場合と同じ距離Ｌとなる。すなわち、テンプレートパターンが本来のパターン信号の一部のみのパターンであっても、換言すれば本来のパターン信号の一部を使用しないパターンであっても、並進対称性を有するパターンの検出及びそのパターンとの相対距離の検出は適切に行える。
【００８７】
また、並進対称性は、例えば図１２に示すように、左右が非対称のパターンであっても、適切にその相関を検出できる。またこれにより、テンプレートＴ１０と、並進対称性評価値が最大となる計測パターンＰ１０との相対距離も、適切に検出することができる。
【００８８】
第２の実施の形態
前述した第１の実施の形態においては、サーチアライメント計測時に本発明に係るテンプレートマッチング方法を適用した。しかしながら、本発明は各ショット領域の位置決めを行うためのファインアライメント計測に対しても適用可能である。
そのようなアライメント方法（ファインアライメント方法）について、第２の実施の形態として図１３及び図１４を参照して説明する。
なお、第２の実施の形態において露光装置の構成及びサーチアライメントの方法は、第１の実施の形態と同一の構成及び方法を適用可能であり、その説明は省略する。なお、露光装置の構成を示す場合は第１の実施の形態で示した符号と同一の符号を用いる。
【００８９】
まず、ファインアライメント用のマークとして用いて好適なアライメントマークについて、図１３を参照して説明する。
図１３は、そのアライメントマークＡＭ２の構成を示す図である。
アライメントマークＡＭ２は、第１のマークＭ１及び第２のマークＭ２が図示の如く配置されたマークである。
第１のマークＭ１は、ウエハＷ上に設けられ、ウエハＷのＸＹ平面内における位置情報を検出する際に用いられるマークである。第１のマークＭ１は、Ｘ軸方向に所定長さで延伸されたパターン部Ｐ１１とスペース部Ｓ１１とをＹ軸方向に周期的に配置したマークＭ１１、Ｙ軸方向に所定長さで延伸されたパターン部Ｐ１２とスペース部Ｓ１２とをＸ軸方向に周期的に配置したマークＭ１２、マークＭ１１と同一のパターン構成でアライメントマークＡＭ２のマーク中心点Ｃを通過するＸ軸に平行な線を対称軸としてマークＭ１１と線対称な位置に配置されたマークＭ１３、及び、マークＭ１２と同一のパターン構成で中心点Ｃを通過するＹ軸に平行な線を対称軸としてマークＭ１２と線対称な位置に配置されたマークＭ１４を有する。すなわち、第１のマークＭ１は、マーク中心点Ｃの周囲にマークＭ１１〜Ｍ１４がＹ方向及びＸ方向に図示の如く配置された十字型のマークである。
【００９０】
第２のマークＭ２は、第１のマークＭ１を識別するために（例えば、ウエハ上の第ｎレイヤーに形成されたアライメントマークである、ということを認識するために）、第１のマークＭ１に付随してウエハＷ上に設けられるマークである。
ウエハ上には、ショット領域ごとに、さらには各ショット領域の各レイヤーごとに別個のアライメントマークが形成される場合がある。そのような場合、通常、アライメントマークは相互にずらして配置されるが、結果的に近接して配置される場合がある。その結果、アライメントマークを検出する場合にアライメントセンサの視野内にはウエハ上に積層された複数の層（レイヤー）ごとにそれぞれ形成されているアライメントマークが観察される可能性がある。そのような場合に、どのアライメントマークが計測すべきレイヤーに形成されているアライメントマークであるかを識別するために、第２のマークＭ２を検出する。この第２のマークＭ２がどのようなマーク構造であるかを識別（認識）することで、そのマークＭ２が付随して形成されているマークＭ１が、計測すべきレイヤーのマークＭ１であるか否かを識別することができる。
【００９１】
第２のマークＭ２は、図示の如く、マークＭ２１〜マークＭ２４の４個のマークを有する。マークＭ２１は、第１のマークＭ１のマークＭ１４とマークＭ１１との間に形成されるアライメントマークＡＭ２の角部の領域Ａ１に形成され、マークＭ２２は、第１のマークＭ１のマークＭ１１とマークＭ１２との間に形成されるアライメントマークＡＭ２の角部の領域Ａ２に形成される。また、マークＭ２３は、第１のマークＭ１のマークＭ１２とマークＭ１３との間に形成されるアライメントマークＡＭ２の角部の領域Ａ３に形成され、マークＭ２４は、第１のマークＭ１のマークＭ１３とマークＭ１４との間に形成されるアライメントマークＡＭ２の角部の領域Ａ４に形成される。
本実施の形態において、マークＭ２１とマークＭ２３及びマークＭ２２とマーク２４は、各々、中心点Ｃを対称中心とする点対称なマークとなっている。また、マークＭ２１とマークＭ２２及びマークＭ２４とマークＭ２３は、各々、中心点Ｃを通過するＹ軸に平行な直線を対称軸とする線対称な図形となっており、また、マークＭ２１とマークＭ２４及びマークＭ２２とマークＭ２３は、各々、中心点Ｃを通過するＸ軸に平行な直線を対称軸とする線対称な図形となっている。
【００９２】
マークＭ２１は、十字型のマークＭ２１１と、Ｌ字型のマークＭ２１２とを有する。
十字型のマークＭ２１１は、領域Ａ１内をＹ方向（ここでは、縦方向と称する）に延伸した縦パターンＰＶ１と、領域Ａ１内をＸ方向（ここでは、横方向と称する）に延伸した横パターンＰＨ１とを有する。縦パターンＰＶ１は、横方向（Ｘ方向）には領域Ａ１内の任意の位置に配置される。また、横パターンＰＨ１は、縦方向（Ｙ方向）には領域Ａ１内の任意の位置に配置される。
Ｌ字型のマークＭ２１２は、十字型のマークＭ２１１を保護するための仕切マークである。Ｌ字型のマークＭ２１２は、領域Ａ１の第１のマークＭ１のマークＭ１１に近接するＹ方向の辺上に設けられる縦パターンＰＶ２、及び、領域Ａ１の第１のマークＭ１のマークＭ１４に近接するＸ方向の辺上に設けられる横パターンＰＨ２より形成される。
なお、第２のマークＭ２のこれら各パターンＰＶ１，ＰＶ２，ＰＨ１及びＰＨ２の線幅は本実施の形態ではいずれも同一線幅としているが、本発明はこれに限られるものではなく、互いに異なる線幅であっても本発明を適用可能である。
【００９３】
このような構成の第２のパターンＭ２の十字型のマークＭ２１１の縦パターンＰＶ１及び横パターンＰＨ１は、前述したように、各々、領域Ａ１の範囲内でＸ方向及びＹ方向の任意の位置に配置される。すなわち、縦パターンＰＶ１と横パターンＰＨ１の一方又は両方の位置が相違することにより、それらの交点の位置は、領域Ａ１内で変化する。
この交点の位置と所望の情報とを対応付けることにより、すなわち、異なる交点に異なる情報を対応付けることにより、この十字型のマークＭ２１により異なる多数の情報を表す。実際には、アライメントセンサにおけるこれら縦パターンＰＶ１及び横パターンＰＨ１の検出分解能を考慮し、縦パターンＰＶ１の検出可能な配置の数、及び、横パターンＰＨ１の検出可能な配置の数の組み合わせの数に相当する種類の所望の情報を表すことができる。
【００９４】
従って、アライメントセンサにおいては、まず、Ｌ字型のマークＭ２１２の縦パターンＰＶ２と、十字型のマークＭ２１１の縦パターンＰＶ１との相対距離を計測することにより、十字型のマークＭ２１１の縦パターンＰＶ１の位置を計測する。また、Ｌ字型のマークＭ２１２の横パターンＰＨ２と、十字型のマークＭ２１１の横パターンＰＨ１との相対距離を計測することにより、十字型のマークＭ２１１の横パターンＰＨ１の位置を計測する。
次に、予め記憶されている縦パターンＰＶ１及び横パターンＰＨ１の配置に関わる設計情報を参照し、計測されたそれら各パターンの位置に基づいて、各パターンが如何なる配置のパターンとして形成されたものかを検出する。そして、各パターンの配置に対応付けられている情報、換言すれば縦パターンＰＶ１及び横パターンＰＨ１の交点に対応付けられている情報を、前記設計情報とともに予め記憶されている情報より抽出する。
これにより、十字型のマークＭ２１、すなわち第２のマークＭ２により表されている情報を検出することができる。
前述したように、本実施の形態においては、第２のマークＭ２は第１のマークＭ１を識別する情報を示すものとした。従って、これにより、第１のマークＭ１の種類を識別することができる。
【００９５】
次に、このようなアライメントマークを用いてファインアライメント計測を行う場合の処理の流れについて、図１４及び前述した図８を参照して説明する。
まず、露光処理の全体の流れについて、図１４を参照して説明する。
露光処理においては、まず、ウエハＷを、プリアライメント処理し、ウエハホルダー８を介してウエハステージ９上に保持する（ステップＳ３１０）。
次に、第１の実施の形態で示したようなサーチアライメント計測を行い、ウエハＷのウエハホルダー８に対する回転量やＸＹずれ等を求める（ステップＳ３２０）。
【００９６】
次に、本実施の形態に係るファインアライメント計測を行う（ステップＳ３３０）。
ファインアライメント計測においては、まず、アライメントセンサによりウエハＷ上の所定の計測領域内の画像を取り込む（ステップＳ３３１）。この際、前述したサーチアライメント計測時より高倍率で高精細に基板上の画像を取り込む。
次に、ＦＩＡ演算ユニット４１のデータ処理部５３は、画像信号記憶部５０に記憶された視野画像（計測領域内の画像）を走査して、所望のアライメントマークを検出する（ステップＳ３３２）。本実施の形態においては、図１３に示す第１のマークＭ１を検出することにより、アライメントマークＡＭ２を検出する。視野領域内に複数のアライメントマークが観察される場合があるが、そのような場合にはその全てを検出する。
【００９７】
視野内の第１のマーク、すなわちアライメントマークを検出したら、次に、検出したアライメントマークの識別を行う（ステップＳ３３３）。図１３に示したように、各アライメントマークＡＭ２には、アライメントマークを識別するための第２のマークＭ２が付随されている。データ処理部５３は、画像信号記憶部５０に記憶されている画像情報より、ステップＳ３３２で検出された各アライメントマークＡＭ２の第２のマークＭ２を抽出し、そのマークで示されている識別情報を検出する。
なお、この第２のマークＭ２の識別情報を検出する処理については、後に説明する。
【００９８】
そして、検出された識別情報に基づいて、今回の露光処理で使用するアライメントマークを特定する（ステップＳ３３４）。
なお、ステップＳ３３２で抽出されたマークが１つのみの場合には、ステップＳ３３３及びステップＳ３３４の処理を省略し、直ちにそのマークを今回の露光処理で使用するマークと特定してもよい。また、そのような場合も、ステップＳ３３３及びステップＳ３３４の処理を行い、今回の露光処理で使用するマークか否かを確認するようにしてもよい。
アライメントマークを特定したら、データ処理部５３は、このアライメントマークの位置を検出する（ステップＳ３３５）。
【００９９】
このようにしてファインアライメントが終了したら、サーチアライメント及びファインアライメントの結果に基づいて、ショット領域の位置を算出する（ステップＳ３４０）。
なお、ショット領域の位置の検出に、例えば統計演算処理（ＥＧＡ処理）を行う場合のように、ウエハＷ上の複数箇所のアライメントマークの位置情報を用いる場合がある。そのような場合は、図示しないが、ステップＳ３３１〜ステップＳ３３５、あるいは、ステップＳ３３２〜ステップＳ３３５のファインンアライメントの処理を繰り返し、その複数のアライメントマークの位置を各々検出する。そして、その複数のアライメントマークの位置情報に基づいて、ステップＳ３４０においてＥＧＡ処理等を行い、ショット領域を算出する。
【０１００】
ショット領域の位置が算出されたら、露光装置１００の主制御系１５は、予め管理されているベースライン量及び算出したショット領域に基づいてレチクルＲとウエハＷのショット領域との位置合わせを行う。そして、ショット領域のレチクルＲのパターン像を正確に重ね合わせ、露光を行う（ステップＳ３５０）。なお、ステップＳ３４０において、ウエハＷ上の複数のショット領域又は全てのショット領域の位置が一括的に算出されている場合には、その算出位置に従ってウエハＷを順次移動させ、各ショット領域に順次露光を行う。
【０１０１】
次に、本発明に係るステップＳ３３３の識別情報検出処理について説明する。なお、この処理の流れは、図８を参照して例示した第１の実施の形態におけるサーチアライメント時の識別情報検出処理と基本的に同じである。従って、ここでは再度図８を参照して説明を行う。
図１３を参照して前述したように、本実施の形態で示すアライメントマークＡＭ２の第２のマークＭ２は、各々同じ情報を示す４つのマークＭ２１〜マークＭ２４を有する。そして、例えばマークＭ２１においては、Ｌ字型のマークＭ２１２の縦パターンＰＶ２と十字型のマークＭ２１１の縦パターンＰＶ１との相対距離Ｌ１、及び、Ｌ字型のマークＭ２１２の横パターンＰＨ２と十字型のマークＭ２１１の横パターンＰＨ１との相対距離Ｌ２によりアライメントマークＡＭ２を識別する情報を表す。
以下、マークＭ２１のＬ字型のマークＭ２１２の縦パターンＰＶ２と十字型のマークＭ２１１の縦パターンＰＶ１との相対距離Ｌ１の検出方法を例示する。
【０１０２】
まず、ＦＩＡ演算ユニット４１のデータ処理部５３は、マークＭ２１のＸ方向の輝度分布平均を求めることにより、Ｘ方向に関する信号強度分布、すなわち波形信号を抽出する（ステップＳ２１０）。
データ処理部５３は、図１４に示すステップＳ３３２の処理で検出された第１のマークＭ１の視野画像中の位置及びアライメントマークＡＭ２の設計情報に基づいて、視野画像中のマークＭ２１が配置される領域を検出する。そして、さらにこのマークＭ２１の配置領域に基づいて、波形信号を抽出する領域を設定する。波形信号を抽出する領域は、基本的にマークＭ２１の配置領域と同一でよい。しかし、縦パターンＰＶ２と縦パターンＰＶ１の相対距離を検出する今回の処理であれば、Ｘ方向には、これらのパターンが確実に領域に含まれるように、マークＭ２１の配置領域より若干のマージンを確保した範囲を設定するのが好適である。一方、Ｙ方向には、縦パターンＰＶ２及びＰＶ１が横パターンＰＨ２及びＰＨ１により接続される領域以外の領域、すなわち、これらのパターンがＸ方向に区別される領域を十分に含んでいればよく、マークＭ２１の配置領域よりも狭く設定してよい。そして、データ処理部５３は、設定した領域内の視野画像を走査し、マークＭ２１のＸ方向に関する信号強度分布を求める。
【０１０３】
次に、このような波形信号に対して、テンプレートを設定する（ステップＳ２２０）。データ処理部５３は、アライメントマークＡＭ２の設計情報に基づいて、ステップＳ２２０で抽出した波形信号より、Ｌ字型マークＭ２１２の縦パターンＰＶ２に対応する波形信号が存在する領域を抽出し、この領域の波形信号をテンプレートとして設定する。
【０１０４】
以降のステップＳ２３０〜Ｓ２５０では、波形信号内の相関検出（演算）の対象範囲に対して、テンプレートを演算上で順次走査させながら、相関検出（並進対称性の検出）を行う。
まず、波形信号内において、相関検出対象範囲（計測パターン）を順次設定する（ステップＳ２３０）。データ処理部５３は、計測パターンを設定する範囲を、アライメントマークＡＭ２の設計情報及び画像情報中のテンプレートの位置情報に基づいて画像情報中に設定する。そして、その計測パターン設定範囲内を所定の間隔で順に走査し、順次計測パターンを設定する。
次に、設定した計測パターンとテンプレートとの並進対称性を検出する（ステップＳ２４０）。並進対称性は、前述した式（１）又は式（２）に基づいて求める。
【０１０５】
次に、設定され得る全ての計測パターンに対して並進対称性の検出を行ったか否か、すなわち、計測パターン設定範囲内の走査が終了したか否かをチェックする（ステップＳ２５０）。そして、終了していなければステップＳ２３０に戻って次の計測パターンの検出を行い、その計測パターンについてテンプレートとの並進対称性を検出する（ステップＳ２４０）。以後、計測パターン設定範囲内の全計測パターンについて並進対称性の検出が終了するまで、ステップＳ２３０〜ステップＳ２５０の処理を繰り返す。
ステップＳ２５０において、計測パターン設定範囲内の走査が終了したら、次に、設定した各計測パターンから検出した並進対称性の評価値を比較し、評価値が最大となる計測パターンを検出する（ステップＳ２６０）。
そして、その評価値が最大となる計測パターンの位置を検出し、これとテンプレートの位置との相対位置を検出し、これを検出結果として出力する（ステップＳ２７０）。
【０１０６】
図１４に示したアライメント処理のステップＳ３３３においては、このような処理により、まずマークＭ２１のＬ字型のマークＭ２１２の縦パターンＰＶ２と十字型のマークＭ２１１の縦パターンＰＶ１との相対距離Ｌ１を検出する。次に、同様の処理を行うことによりＬ字型のマークＭ２１２の横パターンＰＨ２と十字型のマークＭ２１１の横パターンＰＨ１との相対距離Ｌ２を検出する。そして、これら検出した相対距離Ｌ１及びＬ２に基づいて、第２のマークＭ２が示す情報、すなわち、第１のマークＭ１を識別する情報を検出する。
なお、ステップＳ３３３において、さらに、第２のマークＭ２のその他のマークＭ２２〜Ｍ２４についても同様の処理を行い、それらのマークが示す情報を検出してもよい。それら各マークＭ２１〜Ｍ２４が示す情報を比較照合することにより、第２のマークＭ２の示す情報をより正確に検出することができる。
【０１０７】
このように、第２の実施の形態においては、第２のマークＭ２で表される情報を検出する際に、ウエハを撮像して得られた画像情報よりテンプレート（基準パターン）を抽出し、これと計測パターンとを比較することにより基準パターンと同一のパターンを検出し、それらの相対位置を検出している。基準パターンと計測対象のパターンとの設計上の形状が同じであれば、撮像条件等に起因する像変形もほぼ同じになる。すなわち、像変形があっても基準パターンと計測対象のパターンとの像形状は強い相関を維持している。従って、撮像画像よりこのような方法によりテンプレートを設定することにより、適切に計測対象のパターンを検出することができる。
【０１０８】
その他、第１の実施の形態と同様に、基準パターンと計測パターンとの相関を、並進対称性を検出することにより求めているので、撮像条件に起因する像変形が基準パターン及び計測パターンに生じた場合や、左右非対称なパターンが検出された場合でも、それらの相関を適切に検出できる。
また、切り出したパターンの位置がずれていたり、パターンを部分的に切り出したりした場合においても、基準パターンと計測パターンとの距離は適切に検出することができる。
【０１０９】
第３の実施の形態
前述した第２のマークＭ２により表される識別情報を検出する他の処理について、本発明に係る第３の実施の形態として、図１５を参照して詳細に説明する。
なお、ここでは、図８を参照して前述した処理と同様に、図１３紙面上右上のマークであるマークＭ２１のＬ字型のマークＭ２１２の縦パターンＰＶ２と十字型のマークＭ２１１の縦パターンＰＶ１との相対距離Ｌ１の検出方法を例示する。
図１５は、その縦パターンＰＶ２と縦パターンＰＶ１の相対距離を検出する方法を示すフローチャートである。
【０１１０】
まず、ＦＩＡ演算ユニット４１のデータ処理部５３は、マークＭ２１のＸ方向に関する信号強度分布、すなわち波形信号を抽出し（ステップＳ４１０）、抽出した波形信号に対してテンプレートを設定する（ステップＳ４２０）。
次に、計測パターンを設定し（ステップＳ４３０）、設定した計測パターンとテンプレートとの並進対称性を前述した式（１）又は式（２）に基づいて検出する（ステップＳ４４０）。
計測パターン設定範囲内の全域にわたって計測パターンを順次設定し、各々並進対称性を検出したら（ステップＳ４５０）、検出した並進対称性の評価値を比較し、評価値が最大となる計測パターンを検出し（ステップＳ４６０）、その計測パターンとテンプレートとの相対位置を検出する（ステップＳ４７０）。
以上は、図８を参照して前述した第１及び第２の実施の形態の相対位置検出方法とほぼ同じである。
【０１１１】
第３の実施の形態においては、ステップＳ４７０までの処理により設定したテンプレートに対して相関パターンとの相対位置が検出されたら、ステップＳ４２０に戻りテンプレートを変更して、その新たなテンプレートに対して新たに相関パターンとの相対位置の検出を行うようにしている。
すなわち、ステップＳ４２０において新たなテンプレートを設定し、これに対して新たに計測パターンを順次設定し、各計測パターンに対して並進対称性の評価値を検出する（ステップＳ４３０〜Ｓ４５０）。そして、並進対称性評価値をが最大となる計測パターンを検出し（ステップＳ４６０）、その計測パターンとテンプレートとの相対位置を検出する（ステップＳ４７０）。
このようなステップＳ４２０〜ステップＳ４７０の処理を、所定のルールに従ってテンプレートを順次変更し（ステップＳ４８０）、繰り返し行う。
そして、所定の複数のテンプレートの設定に対して、各々相関パターンとの相対距離が検出されたら、その複数の相対距離の平均値を検出する（ステップＳ４９０）。これにより相関のある２つのパターンの相対距離が検出できる。
【０１１２】
複数のテンプレートの設定の仕方、また、複数の相対距離の平均の取り方等は、任意に設定してよい。
例えば、図１６に示すように、サイズの異なるテンプレートＴ１１〜Ｔ１ｎを順次設定して、その各々について、並進対称性が最大となる計測パターンＰ１ｉ（ｉ＝１〜ｎ）を検出し、各々テンプレートＴ１ｉと計測パターンＰ１ｉとの相対距離を求めるようにしてもよい。
このような場合には、平均値をとる際に、得られた各テンプレートに対する相対距離Ｋｉ（ｉ＝１〜ｎ）を、パターンサイズＮにより重み付けをすると有効である。すなわち、例えば平均の相対位置Ｋｅｓｔを、式（５）により求めるのが有効である。
【０１１３】
【数５】
2005019865.tif 000007
【０１１４】
一般に、テンプレートサイズ（計測パターンサイズ）が大きいほど情報が多く、検出された値の信頼度は高いとみなせる。従って、このような重み付き平均値を求めることによりより適切な結果を求めることができる。
【０１１５】
また、例えば図１７に示すように、位置の異なるテンプレートＴ２１〜Ｔ２ｎを順次設定して、その各々について、並進対称性が最大となる計測パターン２ｉ（ｉ＝１〜ｎ）を検出し、各々テンプレートＴ２ｉと計測パターンＰ２ｉとの相対距離を求めるようにしてもよい。
このような場合には、平均値をとる際に、得られた各テンプレートに対する相対距離Ｋｉ（ｉ＝１〜ｎ）を、生起確率に基づいて重み付けをする手段が有効である。すなわち、例えば平均の相対位置Ｋｅｓｔを、式（６）により求めるのが有効である。
【０１１６】
【数６】
2005019865.tif 000008
【０１１７】
なお、生起確率は、得られた相対距離Ｋｉ（ｉ＝１〜ｎ）の結果から、データの分布を推定し、その分布から計測された相対位置の生起確率を算出するのが好適である。
また、図１６及び図１７を用いて前述した手法を組み合わせて、すなわち、テンプレートサイズとともにテンプレートの位置をそれぞれ変化させながら得られた相対距離を前述した手法で重み付けすることによって、相対位置Ｋｅｓｔを求めるようにしてもよい。
【０１１８】
このように、第３の実施の形態の方法によれば、異なるテンプレートの設定に対して、各々最も相関の高いパターンとの相対距離を求め、これに重み付き平均値計算、あるいは、分布からの生起確率を考慮した演算等の統計的処理を施して、相対距離を検出している。従って、計測精度を向上させたり、信頼度を算出したりすることが可能となり、ひいては、精度よく第２のマークＭ２で表される情報を検出することができる。
【０１１９】
第４の実施の形態
前述した各実施の形態におけるサーチマークの識別情報を検出する工程において、相対距離を計測する基準のパターン又は計測対象のパターンの形状の一部が何らかの原因で大きく崩れ、基準パターンと計測パターンの形状の一部が異なることとなる場合が予測される。そのような場合の、相関検出すなわち相対距離の計測方法について、第４の実施の形態として説明する。
【０１２０】
そのような、パターンの形状の一部が何らかの原因で大きく崩れた波形信号の例を図１８に示す。
図１８は、図９（Ａ）と同様に、図６に示したサーチマークＡＭ１の縦パターンＰ１Ｌ及びＰ１Ｃに対して抽出された波形信号を示す図である。しかしながら、図１８に示す波形信号Ｗ３は、図９（Ａ）に示す波形信号と異なり、左側の縦パターンＰ１Ｌの信号の波形が大きく崩れており、その結果、基準とするパターン（テンプレート設定対象のパターン）と計測対象のパターンの波形信号とが大きく異なっている。
【０１２１】
このような場合には、テンプレートＴ３１を、図１８に示すような波形信号が崩れていない波形部分に設定する。パターンを部分的に使用してテンプレートとしても並進対称性は適切に検出することができ、その結果、相関検出及び相対距離計測も適切に行えることは、図１１を参照し第１の実施の形態中で説明した通りである。
従って、このようにテンプレートＴ３１を設定して並進対称性を検出することにより、図１８に示すパターンＰ３１が、相関が最大になるパターン（並進対称性評価値が最大となるパターン）として検出される。
そして、このテンプレートＴ３１と検出されたパターンＰ３１の距離Ｌを求めることにより、基準パターン及び計測パターンの相対距離が検出できる。
【０１２２】
このように、本実施の形態によれば、基準パターンあるいは計測パターンの形状の一部が何らかの原因で大きく崩れ基準パターンと計測パターンの形状の一部が異なることとなった場合においても、基準パターンを崩れていない部分に設定することにより、基準パターンと計測パターンの相関検出及び相対距離検出を適切に行うことができる。
なお、本実施の形態のようにテンプレートを波形変形の少ない箇所に設定する操作は、オペレータ等が波形信号を確認することにより設定することができる。そのような処理は、例えば作成した波形信号の波形の特性を解析する手段を設け、波形信号に大きな崩れが存在する可能性があるような場合にはオペレータが操作を行う入力モードに移行する構成とすればよく容易に実現可能である。
あるいはまた、テンプレートを波形変形の少ない箇所に自動的に設定するようにすることも可能である。この場合には、基準パターンを設定する部分（図１８のテンプレートＴ３１の位置やサイズ）を種々変更してみて、それぞれの基準パターン（テンプレートＴ３１）を用いて計測パターンとの相関検出を行い、最も相関の高かった基準パターン（テンプレートＴ３１の位置、サイズ）を自動的にテンプレートＴ３１として正式に選択するようにすればよい。
【０１２３】
デバイス製造方法
次に、上述した露光システムをリソグラフィー工程において使用したデバイスの製造方法について図１９を参照して説明する。
図１９は、例えばＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、液晶パネル、ＣＣＤ、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン等の電子デバイスの製造工程を示すフローチャートである。
図１９に示すように、電子デバイスの製造工程においては、まず、電子デバイスの回路設計等のデバイスの機能・性能設計を行い、その機能を実現するためのパターン設計を行い（工程Ｓ８１０）、次に、設計した回路パターンを形成したレチクルを製作する（工程Ｓ８２０）。
一方、シリコン等の材料を用いてウエハ（シリコン基板）を製造する（工程Ｓ８３０）。
【０１２４】
次に、工程Ｓ８２０で製作したレチクル及び工程Ｓ８３０で製造したウエハを使用して、リソグラフィー技術等によってウエハ上に実際の回路等を形成する（工程Ｓ８４０）。
具体的には、まず、ウエハ表面に、絶縁膜、電極配線膜あるいは半導体膜との薄膜を成膜し（工程Ｓ８４１）、次に、この薄膜の全面にレジスト塗布装置（コータ）を用いて感光剤（レジスト）を塗布する（工程Ｓ８４２）。
次に、このレジスト塗布後の基板をウエハホルダー上にロードするとともに、工程Ｓ８３０において製造したレチクルをレチクルステージ上にロードして、そのレチクルに形成されたパターンをウエハ上に縮小転写する（工程Ｓ８４３）。この時、露光装置においては、上述した本発明に係る位置合わせ方法によりウエハの各ショット領域を順次位置合わせし、各ショット領域にレチクルのパターンを順次転写する。
【０１２５】
露光が終了したら、ウエハをウエハホルダーからアンロードし、現像装置（デベロッパ）を用いて現像する（工程Ｓ８４４）。これにより、ウエハ表面にレチクルパターンのレジスト像が形成される。
そして、現像処理が終了したウエハに、エッチング装置を用いてエッチング処理を施し（工程Ｓ８４５）、ウエハ表面に残存するレジストを、例えばプラズマアッシング装置等を用いて除去する（工程Ｓ８４６）。
これにより、ウエハの各ショット領域に、絶縁層や電極配線等のパターンが形成される。そして、この処理をレチクルを変えて順次繰り返すことにより、ウエハ上に実際の回路等が形成される。
【０１２６】
ウエハ上に回路等が形成されたら、次に、デバイスとしての組み立てを行う（工程Ｓ８５０）。具体的には、ウエハをダイシングして個々のチップに分割し、各チップをリードフレームやパッケージに装着し電極を接続するボンディングを行い、樹脂封止等パッケージング処理を行う。
そして、製造したデバイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行い（工程Ｓ８６０）、デバイス完成品として出荷する。
【０１２７】
以上説明した実施の形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。従って、上記の実施の形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
【０１２８】
例えば、前述した第２の実施の形態においては、第２のマークＭ２中よりテンプレート画像を設定するようにしていたが、図１３を参照して例示したアライメントマークＡＭ２のように各パターンの線幅が全て同じような場合には、例えば、第１のマークＭ１の任意の縦パターンをテンプレート画像として用いて、第２のマークＭ２のパターンの相対位置を求めるようにしてもよい。相対的な位置関係を求める基準のパターンを、より変形が少ない他のパターンにしたり、より計測パターンと同様に変形をする他のパターンにしたりしたい場合に、そのようなテンプレートの設定の仕方をすると有効な場合がある。そのような場合には、その条件に対応して、アライメントマークＡＭ２内の任意のパターンをテンプレート画像として用いてよい。第１の実施の形態におけるアライメントマークＡＭ１に対する相対位置計測についても同様である。
【０１２９】
また、前述した実施の形態においては、ウエハＷ上に形成されたマークの位置情報を検出する場合を例示して本発明を説明したが、例えばレチクルＲ上に形成されたマーク、ガラスプレートに形成されたマークの位置情報を検出する場合にも本発明を適用することができる。
また、前述した実施の形態においては、本発明をオフ・アクシス方式のアライメントセンサに適用した場合を例に挙げて説明したが、撮像素子で撮像したマークの画像を処理してマーク位置を検出する装置であれば、その全てに本発明を適用することができる。
その他、テンプレート画像の設定方法、アライメントマークの形状等は任意に設定してよい。
【０１３０】
また、本発明は、ステップ・アンド・リピート方式又はステップ・アンド・スキャン方式の縮小投影型露光装置、ミラープロジェクション方式、プロキシミティ方式、コンタクト方式等の露光装置に適用することが可能である。
また、半導体素子、液晶表示素子の製造に用いられる露光装置だけでなく、プラズマディスプレイ、薄膜磁気ヘッド及び撮像素子（ＣＣＤ等）の製造にも用いられる露光装置、及び、レチクルを製造するために、ガラス基板又はシリコンウエハ等に回路パターンを転写する露光装置にも本発明を適用できる。すなわち本発明は、露光装置の露光方式や用途等に関係なく適用可能である。
【０１３１】
また、本実施の形態の露光装置１００の露光光ＥＬとしては、ｇ線やｉ線、又は、ＫｒＦエキシマレーザ、ＡｒＦエキシマレーザ、Ｆ２エキシマレーザから出射される光を用いていたが、ＫｒＦエキシマレーザ（２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザ（１９３ｎｍ）、Ｆ２レーザ（１５７ｎｍ）から出射される光のみならず、Ｘ線や電子線等の荷電粒子線を用いることができる。例えば、電子線を用いる場合には電子銃として、熱電子放射型のランタンヘキサボライト（ＬａＢ６）、タンタル（Ｔａ）を用いることができる。
また、例えば、ＤＦＢ半導体レーザ又はファイバーレーザから発振される赤外域、又は、可視域の単一波長レーザを、エルビウム（又はエルビウムとイットリビウムの両方）がドープされたファイバーアンプで増幅し、さらに非線形光学結晶を用いて紫外光に波長変換した高調波を用いてもよい。なお、単一波長発振レーザとしてはイットリビウム・ドープ・ファイバーレーザを用いる。
【０１３２】
なお、前述した本発明の実施の形態による露光装置（図１）は、基板Ｗを精度よく高速に位置制御することができ、スループットを向上しつつ高い露光精度で露光が可能となるように、照明光学系、レチクルＲのアライメント系（不図示）、ウエハステージ９、移動鏡１１及びレーザ干渉計１２を含むウエハアライメント系、投影レンズＰＬ等の図１に示された各要素が電気的、機械的又は光学的に連結して組み上げられた後、総合調整（電気調整、動作確認等）をすることにより製造される。なお、露光装置の製造は、温度及びクリーン度等が管理されたクリーンルームで行うことが望ましい。
【０１３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、パターンの変化に対応して所望のパターンの相対位置を適切に検出することができる位置検出方法を提供することができる。
また、そのような相対位置検出を適切に行うためのテンプレート作成方法を提供することができる。
また、パターンの変化に対応して所望のパターンの相対位置を適切に検出することにより、所望のパターンを適切に検出することができるパターン検出方法を提供することができる。
また、アライメントマーク等のパターンを適切に検出することにより、基板等の所望の位置に適切に露光を行うことができる露光方法及び露光装置を提供することができる。
さらに、基板等の所望の位置に適切に露光を行うことにより、電子デバイスを適切に製造することのできるデバイス製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の一実施の形態の露光装置の構成を示す図である。
【図２】図２は、図１に示した露光装置のＴＴＬ方式アライメント系の瞳像面上におけるウエハ上のマークからの光情報の分布を示す図である。
【図３】図３は、図１に示した露光装置のＴＴＬ方式アライメント系の受光素子の受光面を示す図である。
【図４】図４は、図１に示した露光装置のオフ・アクシス方式のアライメント光学系の指票板の断面図である。
【図５】図５は、図１に示した露光装置のオフ・アクシス方式のアライメント光学系のＦＩＡ演算ユニットの構成を示す図である。
【図６】図６は、本発明の第１の実施の形態に係るウエハ上に形成されるアライメントマークの例を示す図である。
【図７】図７は、本発明の第１の実施の形態に係る露光処理の全体の流れを示すフローチャートである。
【図８】図８は、図７に示した処理における識別情報検出処理の流れを示すフローチャートである。
【図９】図９は、図８に示した相対距離の計測方法におけるテンプレートパターン及び計測パターンの設定状態を示す図である。
【図１０】図１０は、図８に示した相対距離の計測方法において、テンプレートパターンがずれても適切に相対距離が計測できる状態を示す図である。
【図１１】図１１は、図８に示した相対距離の計測方法において、テンプレートパターンが部分的なパターンであっても、適切に相対距離が計測できる状態を示す図である。
【図１２】図１２は、図８に示した相対距離の計測方法において、テンプレートパターンが左右非対称なパターンであっても適切に相対距離が計測できる状態を示す図である。
【図１３】図１３は、本発明の第２の実施の形態に係るウエハ上に形成されるアライメントマークの例を示す図である。
【図１４】図１４は、本発明の第２の実施の形態に係る露光処理の全体の流れを示すフローチャートである。
【図１５】図１５は、本発明の第３の実施の形態に係る他の識別情報検出処理の流れを示すフローチャートである。
【図１６】図１６は、図１５に示した相対距離の計測方法において、サイズの異なるテンプレートを順次設定する状態を示す図である。
【図１７】図１７は、図１５に示した相対距離の計測方法において、位置をずらしてテンプレートを順次設定する状態を示す図である。
【図１８】図１８は、本発明の第４の実施の形態に係る大きく崩れた波形信号に対するテンプレート設定及び相関検出の状態を示す図である。
【図１９】図１９は、本発明に係るデバイスの製造方法を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
１００…露光装置
１…コンデンサレンズ                  ２…レチクルステージ
３…ベース                            ４…駆動装置
５…ミラー                            ６…対物レンズ
７…マーク検出系                      ８…ウエハホルダー
９…ウエハステージ                    １０…基準マーク
１１…移動ミラー                      １２…レーザ干渉計
１３…ステージコントローラ            １４…駆動系
１５…主制御系                        １６…レーザ光源
１７…ビーム整形光学系                １８，２０，２３…ミラー
１９…レンズ系                        ２１…ビームスプリッタ
２２…対物レンズ                      ２４…受光素子
２５…ＬＳＡ演算ユニット              ２６…ハロゲンランプ
２７…コンデンサレンズ                ２８…光ファイバー
２９…フィルタ                        ３０，３５…レンズ系
３１…ハーフミラー                    ３２，３８…ミラー
３３…対物レンズ                      ３４…プリズム（ミラー）
３６…指票マーク                      ３７，３９…リレー系
４０…イメージセンサ
４１…ＦＩＡ演算ユニット
５０…画像信号記憶部                ５２…テンプレートデータ記憶部
５３…データ処理部                  ５４…制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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